本发明涉及一种基于无人机的采茶装置，具体地说涉及一种利用无人机搭载垂直机构、收集装置、采摘机构、机械臂和视觉模块的采茶设备，属于农业机械领域。
背景技术：
1、茶叶作为中国传统饮品，也是特色农产品之一，市场需求量大，发展潜力巨大。目前，茶叶采摘基本上由人工手动作业方式进行，劳动强度大。因此，使用机器人实现茶叶自动采摘是茶叶生产的必然发展趋势。目前，采茶装置的设计多为地面采茶机械，只适用于标准化茶园。我国丘陵山区茶园坡度较大，且茶行沟内坑洼不平，茶园行距多变，这些采茶机型难以适应国内茶园种植大环境。随着无人机技术的发展，为采茶装置的设计提供了新可能。使用无人机搭载采茶装置可以克服种植地形、种植密度等环境因素，节约人力成本，可以提高茶叶采摘效率，适用于人工或地面采茶机械难以作业的情况。
技术实现思路
1、针对地面采茶机械难以作业的问题，本发明提供了一种基于无人机的采茶装置。
2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于无人机的采茶装置，是由无人机、垂直机构、收集装置、采摘机构、机械臂和视觉模块组成的，所述的无人机下方通过螺栓连接垂直机构，所述的收集装置通过螺栓安装在垂直机构的圆盘上，且收集装置的管道与采摘机构的上壳体相连，所述的采摘机构与机械臂的第三旋转件末端通过万向球结构相连，所述的机械臂通过螺栓安装在垂直机构的旋转基座上，所述的视觉模块通过螺钉安装在垂直机构上的圆盘上。
3、所述的无人机设有起落架和软脚垫，起落架和软脚垫之间通过万向球结构相连。
4、所述的垂直机构是由球套、环形电磁铁、钢球、圆盘和旋转基座组成的，所述的球套通过螺栓安装在无人机下方，所述的环形电磁铁通过螺栓安装在球套外侧，所述的钢球上方放置于球套中，下方焊接在圆盘上，所述的旋转基座通过螺栓安装在圆盘下方。
5、所述的收集装置是由储存箱、管道、储存箱支架、管盖、风扇、滤网和小马达组成的，所述的储存箱通过螺栓安装在储存箱支架上，所述的管道上方与储存箱相连，下方与采摘机构的上壳体相连，所述的储存箱支架通过螺栓固定在垂直机构的圆盘下方，所述的管盖通过销柱固定在管道最上方，所述的风扇通过键与小马达相连，所述的滤网放置于风扇下方，所述的小马达通过螺钉固定在储存箱下方。
6、所述的采摘机构是由上壳体、下壳体、舵机、摇臂、曲杆、剪刀和滑轨组成的，所述的上壳体上方设有圆球结构，与机械臂的第三旋转件通过万向球结构相连，所述的下壳体与上壳体粘接在一起，所述的舵机通过螺栓安装在上壳体和下壳体的内部，所述的摇臂与舵机通过键相连，所述的曲杆通过螺栓安装在摇臂两侧，所述的剪刀通过螺栓与曲柄相连，剪刀的中部设有滑槽，所述的滑轨与剪刀的滑槽相连，剪刀两侧可在滑轨上滑动。
7、所述的机械臂是由舵机、摇臂、第一旋转件、销、第二旋转件和第三旋转件组成的，所述的舵机通过螺栓安装在垂直机构的旋转基座内，所述的摇臂通过键与舵机连接，所述的第一旋转件与摇臂通过螺栓连接，所述的第二旋转件通过销与第一旋转件连接，连接处设有舵机，所述的第三旋转件通过销与第二旋转件连接，连接处设有舵机。
8、所述的视觉模块是由双目视觉相机、三角支架、控制板和控制板支架组成的，所述的双目视觉相机通过螺栓安装在三角支架上，所述的三角支架通过螺栓安装在垂直机构的圆盘上，所述的控制板放置在控制板支架中，所述的控制板支架通过螺栓固定在垂直机构的圆盘上。
9、该发明的有益之处是能够通过无人机搭载采茶装置，完成茶叶采摘工作，该发明的无人机设有起落架和软脚垫，两者之间通过万向球结构相连，可以调整角度，使无人机平稳的停落在茶树上，解决了无人机悬停不稳定的问题；该发明的垂直机构通过球套和钢球的配合，在钢球与重力的作用下，下面的机械臂及采摘机构能够实现自动找正，保证无人机的平稳飞行，该发明的垂直机构中环形电磁铁在无人机平稳停落后通电，与钢球产生磁力锁定，可以使机械臂及采摘机构的方向锁定，从而便于完成采摘机构工作；该发明的垂直机构中球套的材料为四氟乙烯，该材料化学性能稳定，不会对钢球和环形电磁铁产生磁力干涉；该发明的收集装置中储存箱起到存放茶叶的作用；该发明的垂直机构及下方的收集装置、垂直装置、机械臂和视觉模块重量的分布均匀，在未工作的状态时，重心在钢球的轴线上。
10、该发明的收集装置中储存箱支架起到放置储存箱的作用；该发明的收集装置通过小马达带动风扇产生负压，使茶叶通过管道传输到储存箱中；该发明的收集装置中管盖起到单向阀作用，使茶叶只能通过管道进入储存箱，无法出去；该发明的收集装置中滤网起到阻挡作用，防止茶叶进入风扇；
11、该发明的采摘机构中上壳体上方为圆球结构，与机械臂第三旋转件末端配合，可以使垂直机构始终保持垂直状态；该发明的采摘机构通过舵机带动摇臂旋转，进而带动两侧曲杆转动，从而控制剪刀在滑轨上开合，完成茶叶采摘；该发明的采摘机构中剪刀中部设有滑槽，与滑轨相连，可以使剪刀在滑轨上移动；
12、该发明的机器臂有三个自由度，分别为舵机带动摇臂进而带动第一旋转件，通过舵机带动第二旋转件和第三旋转件，可以实现控制垂直机构到达指定采摘位置；
13、该发明中视觉模块的双目视觉相机可以识别茶叶并给出其三维坐标；该发明中视觉模块的三角支架起到固定双目视觉相机的作用，使双目视觉相机呈45°倾斜放置；该发明中视觉模块的控制板起到控制整体装置运行的作用，控制板安装有陀螺仪，用来检测无人机飞行状态，同时，控制板还起到给双目视觉相机供电的作用；该发明中视觉模块的控制板支架起到放置控制板的作用；
14、总而言之，该装置可以克服种植地形、种植密度等环境因素，完成茶叶采摘工作，提高了茶叶采摘效率，可广泛应用于茶叶采摘工作中。
1.一种基于无人机的采茶装置，是由无人机、垂直机构、收集装置、采摘机构、机械臂和视觉模块组成的，其特征在于：所述的无人机下方通过螺栓连接垂直机构，所述的收集装置通过螺栓安装在垂直机构的圆盘上，且收集装置的管道与采摘机构的上壳体相连，所述的采摘机构与机械臂的第三旋转件末端通过万向球结构相连，所述的机械臂通过螺栓安装在垂直机构的旋转基座上，所述的视觉模块通过螺钉安装在垂直机构上的圆盘上；所述的无人机设有起落架和软脚垫，起落架和软脚垫之间通过万向球结构相连；所述的垂直机构是由球套、环形电磁铁、钢球、圆盘和旋转基座组成的，所述的球套通过螺栓安装在无人机下方，所述的环形电磁铁通过螺栓安装在球套外侧，所述的钢球上方放置于球套中，下方焊接在圆盘上，所述的旋转基座通过螺栓安装在圆盘下方；所述的收集装置是由储存箱、管道、储存箱支架、管盖、风扇、滤网和小马达组成的，所述的储存箱通过螺栓安装在储存箱支架上，所述的管道上方与储存箱相连，下方与采摘机构的上壳体相连，所述的储存箱支架通过螺栓固定在垂直机构的圆盘下方，所述的管盖通过销柱固定在管道最上方，所述的风扇通过键与小马达相连，所述的滤网放置于风扇下方，所述的小马达通过螺钉固定在储存箱下方。
2.如权利要求1所述的一种基于无人机的采茶装置，其特征在于：所述的采摘机构是由上壳体、下壳体、舵机、摇臂、曲杆、剪刀和滑轨组成的，所述的上壳体上方设有圆球结构，与机械臂的第三旋转件通过万向球结构相连，所述的下壳体与上壳体粘接在一起，所述的舵机通过螺栓安装在上壳体和下壳体的内部，所述的摇臂与舵机通过键相连，所述的曲杆通过螺栓安装在摇臂两侧，所述的剪刀通过螺栓与曲柄相连，剪刀的中部设有滑槽，所述的滑轨与剪刀的滑槽相连，剪刀两侧可在滑轨上滑动。
3.如权利要求1所述的一种基于无人机的采茶装置，其特征在于：所述的机械臂是由舵机、摇臂、第一旋转件、销、第二旋转件和第三旋转件组成的，所述的舵机通过螺栓安装在垂直机构的旋转基座内，所述的摇臂通过键与舵机连接，所述的第一旋转件与摇臂通过螺栓连接，
4.如权利要求1所述的一种基于无人机的采茶装置，其特征在于：所述的视觉模块是由双目视觉相机、三角支架、控制板和控制板支架组成的，所述的双目视觉相机通过螺栓安装在三角支架上，所述的三角支架通过螺栓安装在垂直机构的圆盘上，所述的控制板放置在控制板支架中，所述的控制板支架通过螺栓固定在垂直机构的圆盘上。
5.如权利要求2所述的一种基于无人机的采茶装置，其特征在于：所述的上壳体上方设有圆球结构，与机械臂的第三旋转件形成万向球结构相连。
6.如权利要求2所述的一种基于无人机的采茶装置，其特征在于：所述的剪刀中部设有滑槽，
7.如权利要求3所述的一种基于无人机的采茶装置，其特征在于：第三旋转件末端为内凹球结构。
8.如权利要求4所述的一种基于无人机的采茶装置，其特征在于：所述的三角支架呈45°倾斜。
